[发明专利]用于焊缝特征导波缺陷回波信号特性提取的稀疏表示方法

说明书

本发明公开了一种用于焊缝特征导波缺陷回波信号特性提取的稀疏表示方法，本发明方法包括：利用回波信号的稀疏性提出了一个新的缺陷特征提取方法；构建一个参数可调的回波信号稀疏表示模型；在模型的实现过程中，采用与激励信号最相似的Morlet小波原子为基构造过完备原子字典，然后利用分裂增广拉格朗日收缩算法求解基追踪去噪模型；根据稀疏表示所得重构信号中的波峰到达时刻，实现了缺陷位置的准确定位；模拟和实际焊缝缺陷信号验证了该方法的有效性。

技术领域

本发明涉及一种信号的分析处理领域，属于无损检测，尤其涉及一种强背景噪声下信号中各成分的稀疏表示检测方法及缺陷检测方法，可用于中厚板及大型压力容器等导波回波信号的特征提取以及缺陷检测。

背景技术

超声导波检测技术已经广泛应用于无损检测领域。将特征导波技术应用于焊缝的缺陷检测，当焊缝中出现局部缺陷时，由于导波在遇到缺陷时会返回缺陷回波波包。波包中包含了各模态的回波信号，其中携带了焊缝的结构信息与缺陷信息。然而，缺陷回波信号通常会受到背景噪声的严重影响，因此需要开发先进的信号处理技术来消除噪声和检测出缺陷信号。

通常用来处理回波信号的方法有三种，即时域分析，频域分析，时频分析。时域分析能准确分析信号时域能量分布但易受模态转换和频散现象的影响。频域分析在处理平稳信号时，可以直接获取频域能量分布，区分同频带内所含的不同模态。然而，焊缝特征导波信号总是非平稳信号，这使得仅用频域分析很难准确地提取缺陷特征。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种利用波形的稀疏性来提取焊缝特征导波回波信号中的缺陷特征的新方法。本发明能够对信号中的缺陷特征进行提取，可用于检测中厚板中焊缝的特征导波回波信号的特征提取以及缺陷检测。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术手段：

一种用于焊缝特征导波缺陷回波信号特性提取的稀疏表示方法，包括方法：

1)获得焊缝特征导波的回波信号，对检测信号建立稀疏表示模型；

2)利用相关滤波得出与原信号最相似的最优Morlet小波基原子，进而构造步骤1)中稀疏表示模型所需的过完备的原子字典A；

3)用分裂增广拉格朗日收缩算法对引入的基追踪去噪问题进行求解，获得步骤1)中稀疏表示模型所需的稀疏向量估计值该算法通过对稀疏向量c进行更新迭代，使得代价函数J最小化，最终找到一组最优解；

4)由步骤2)和步骤3)中的A和获得检测信号的稀疏表示，并计算回波波包的峰值到达时间，提取缺陷回波，定位缺陷。

进一步，获得焊缝特征导波的回波信号，对检测信号建立稀疏表示模型包括以下步骤：

通过函数发生器激励位于焊缝顶端的激励传感器，在焊缝中形成导波，信号经过待测焊缝传播，被接收传感器接收，再经前置放大器放大后送入数字示波器显示，即为检测信号y；

建立检测信号y与原始信号x和噪声信号n的关系模型，并用一个线性元素的组合表示未知信号：

x＝Ac

其中，A表示N×M的矩阵字典，是一个矩阵，c表示稀疏表示系数，都为向量，用正粗体表示。

进一步，利用相关滤波得出与原信号最相似的最优Morlet小波基原子构造一个过完备的原子字典A的过程为：定义Morlet小波原子ψ_γ(t)，利用相关滤波方法，匹配得出与原信号最相似的基原子ψ(f，ζ，τ，t)，利用ψ(f，ζ，τ，t)的时移和变换得出原子字典A。

进一步，利用相关滤波得出与原信号最相似的最优Morlet小波基原子构造一个过完备的原子字典A的具体过程为：